JP2002350218A - Mass measuring method and device for nano-material - Google Patents
Mass measuring method and device for nano-materialInfo
- Publication number
- JP2002350218A JP2002350218A JP2001158387A JP2001158387A JP2002350218A JP 2002350218 A JP2002350218 A JP 2002350218A JP 2001158387 A JP2001158387 A JP 2001158387A JP 2001158387 A JP2001158387 A JP 2001158387A JP 2002350218 A JP2002350218 A JP 2002350218A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- nano
- mass
- nanotweezer
- grip
- piezoelectric element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 title claims abstract description 87
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 claims abstract description 64
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 11
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 2
- 238000009774 resonance method Methods 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 19
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 10
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 9
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 7
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 5
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 5
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 4
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000001819 mass spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- -1 molecular biology Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000011882 ultra-fine particle Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01G—WEIGHING
- G01G3/00—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances
- G01G3/12—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing
- G01G3/13—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing having piezoelectric or piezoresistive properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y35/00—Methods or apparatus for measurement or analysis of nanostructures
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S977/00—Nanotechnology
- Y10S977/84—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
- Y10S977/842—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure for carbon nanotubes or fullerenes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Micromachines (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は複数本のナノチュー
ブを開閉してナノスケールの大きさを有するナノ物質を
把持・放出できるナノピンセットに関し、更に詳細に
は、ナノ物質を把持する前後におけるナノピンセット把
持部の共振振動数を測定して、把持しているナノ物質の
質量を計測できるナノ物質の質量計測方法及びその装置
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nanotweezer capable of holding and releasing nanomaterials having a nanoscale size by opening and closing a plurality of nanotubes, and more particularly, to nanotweezers before and after gripping nanomaterials. The present invention relates to a method and an apparatus for measuring the mass of a nanomaterial capable of measuring the resonance frequency of a gripper and measuring the mass of the nanomaterial being gripped.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に、原子や分子などの超微小物質の
質量を測定する方法として質量分析法が使用されてい
る。この質量分析法は、試料をイオン化し、そのイオン
を電場で加速して質量に応じて飛行速度を変化させ、そ
の後磁場中で回転させて比電荷ｅ／ｍ又はｍ／ｅに従っ
てイオン流を分離し、質量スペクトルの各ピークからイ
オンの質量を導出するものである。2. Description of the Related Art In general, mass spectrometry is used as a method for measuring the mass of ultra-fine substances such as atoms and molecules. In mass spectrometry, a sample is ionized, the ions are accelerated by an electric field to change the flight speed according to the mass, and then rotated in a magnetic field to separate the ion stream according to the specific charge e / m or m / e. Then, the mass of the ion is derived from each peak of the mass spectrum.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】この質量分析法は、原
子や分子のように比較的軽い物質の質量を精度よく測定
できる利点を有している。しかし、この方法は、１００
個〜１００００個程度の原子が集合してできる超微粒子
などのナノ物質の質量測定には不向きである。This mass spectrometry has the advantage that the mass of a relatively light substance such as an atom or a molecule can be accurately measured. However, this method is
It is not suitable for measuring the mass of nanomaterials such as ultrafine particles formed by assembling about 1 to 10000 atoms.
【０００４】ナノ物質の質量は原子と比較して大きいた
め、電子衝撃や高周波火花放電でイオン化しても、その
イオンを空間飛行させるためには超高電界が必要とな
り、このような電界を実現するには、装置が巨大化して
しまう欠点がある。また、空間飛行させることができた
としても、イオンの慣性が大きいために、回転に必要な
磁場が極端に大きくなり、上記と同様に装置全体が巨大
化してしまう。Since the mass of a nanomaterial is larger than that of an atom, even if it is ionized by electron impact or high-frequency spark discharge, an ultra-high electric field is required to fly the ion in space, and such an electric field is realized. However, there is a disadvantage that the apparatus becomes large. Even if space flight is possible, the magnetic field required for rotation becomes extremely large due to the large inertia of the ions, and the entire device becomes large as described above.
【０００５】原子核研究などで重イオンビームを作る装
置が実現しているが、これらの装置は極めて巨大なもの
で、重イオンのレベルでさえこのように巨大な装置を必
要とするのである。従って、重イオンより更に大きなナ
ノ物質やナノ粒子をイオン化して質量を測定するとなる
と、この質量分析法では実用的にもコスト的にも不可能
であると言わざるを得ない。[0005] Although devices for producing heavy ion beams have been realized in nuclear research, etc., these devices are extremely large and require such a huge device even at the level of heavy ions. Therefore, if the mass is measured by ionizing nanomaterials or nanoparticles larger than heavy ions, it must be said that this mass spectrometry is not practical or cost-effective.
【０００６】従って、本発明に係るナノ物質の質量計測
方法及びその装置は、イオン化装置や電界加速装置や磁
場回転装置を用いないで、ナノチューブ等を先端に取り
付けたナノピンセットでナノ物質を把持し、把持の前後
における共振振動数の変化から極めて簡単にナノ物質の
質量を計測することを目的とする。Therefore, the method and apparatus for measuring the mass of a nanomaterial according to the present invention hold the nanomaterial with nanotweezers having a nanotube or the like at the tip without using an ionizer, electric field accelerator, or magnetic field rotating device. Another object of the present invention is to measure the mass of a nanomaterial very easily from a change in resonance frequency before and after gripping.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、ナノ
サイズを有するナノ物質を把持・放出することができる
ナノピンセットを用い、このナノピンセット把持部でナ
ノ物質を把持し、この把持状態のナノピンセット把持部
を共振させてその固有振動数ｆmを計測し、ナノ物質を
把持しない状態のナノピンセット把持部の固有振動数を
ｆ0としたとき、両固有振動数を対比して把持されてい
るナノ物質の質量を導出することを特徴とするナノ物質
の質量計測方法である。Means for Solving the Problems The invention of claim 1 uses nanotweezers capable of holding and releasing nanomaterials having a nanosize, holding the nanomaterials with the nanotweezer holding portion, and holding the nanomaterials in this holding state. nano and tweezers gripper to resonate to measure the natural frequency f m of, when the natural frequency of the nanotweezers grip of the state of not holding the nanomaterials was f 0, gripped by comparing both natural frequency This is a method for measuring the mass of a nanomaterial, wherein the mass of the nanomaterial is calculated.
【０００８】請求項２の発明は、前記ナノピンセット把
持部が複数本のナノチューブの先端部によって構成され
ている請求項１に記載のナノ物質の質量計測方法であ
る。The invention according to claim 2 is the method for measuring mass of nanomaterials according to claim 1, wherein the nanotweezer holding portion is constituted by a plurality of tips of nanotubes.
【０００９】請求項３の発明は、前記ナノピンセット把
持部に外部電極を接近させ、ナノピンセット把持部と外
部電極間に交流電圧を印加し、交流静電誘導によりナノ
ピンセット把持部を共振させて固有振動数ｆ0、ｆmを計
測する請求項１に記載のナノ物質の質量計測方法であ
る。According to a third aspect of the present invention, an external electrode is brought close to the nanotweezer grip, an AC voltage is applied between the nanotweezer grip and the external electrode, and the nanotweezer grip is resonated by AC electrostatic induction. the mass measuring method of the nano material according to claim 1 for measuring the natural frequency f 0, f m.
【００１０】請求項４の発明は、ナノピンセット把持部
を先端に有するナノピンセットに圧電素子を形成し、こ
の圧電素子に交流電圧を印加することにより、前記ナノ
ピンセット把持部を共振させて固有振動数ｆ0、ｆmを計
測する請求項１に記載のナノ物質の質量計測方法であ
る。According to a fourth aspect of the present invention, a piezoelectric element is formed on a nanotweezer having a nanotweezer grip at its tip, and an alternating voltage is applied to the piezoelectric element, so that the nanotweezer grip is resonated to cause natural vibration. the mass measuring method of the nano material according to claim 1 for measuring the number f 0, f m.
【００１１】請求項５の発明は、複数本のナノチューブ
の基端部を固定するナノピンセット本体と、前記ナノチ
ューブの先端部からなるナノピンセット把持部と、この
ナノピンセット把持部を開閉自在に制御する手段と、こ
のナノピンセット把持部に接近して配置された外部電極
と、ナノピンセット把持部と外部電極間に共振用の交流
電圧を印加する交流電源から構成されることを特徴とす
るナノ物質の質量計測装置である。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a nanotweezer main body for fixing the base ends of a plurality of nanotubes, a nanotweezer holding portion including a tip of the nanotube, and the nanotweezer holding portion being controlled to be openable and closable. Means, an external electrode disposed in close proximity to the nanotweezer grip, and an AC power supply for applying an AC voltage for resonance between the nanotweezer grip and the external electrode. It is a mass measuring device.
【００１２】請求項６の発明は、複数本のナノチューブ
の基端部を固定するナノピンセット本体と、前記ナノチ
ューブの先端部からなるナノピンセット把持部と、この
ナノピンセット把持部を開閉自在に制御する手段と、前
記ナノピンセットに形成された圧電素子と、この圧電素
子に共振用の交流電圧を印加する交流電源から構成され
ることを特徴とするナノ物質の質量計測装置である。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a nanotweezer main body for fixing a base end of a plurality of nanotubes, a nanotweezer holding portion including a tip of the nanotube, and a nanotweezer holding portion which is controlled to be openable and closable. A mass measuring apparatus for nanomaterials, comprising: means, a piezoelectric element formed on the nanotweezers, and an AC power supply for applying an AC voltage for resonance to the piezoelectric element.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】本発明者等は、ナノ物質を把持し
たり放出できる装置として、ナノピンセットを特願平２
０００−１１２７６７号及び特願２０００−４０４００
６として既に提案している。このナノピンセットは、ナ
ノピンセット本体に複数本のナノチューブの基端部を固
定し、ナノチューブの先端部を静電気や圧電素子により
開閉自在に制御してナノ物質を把持・放出する装置であ
る。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present inventors have proposed nanotweezers as a device capable of gripping and releasing nanomaterials in Japanese Patent Application No. Hei.
000-112767 and Japanese Patent Application 2000-40400
6 has already been proposed. The nanotweezers are devices that fix the base ends of a plurality of nanotubes to the body of the nanotweezers and control the tip ends of the nanotubes so that they can be opened and closed by static electricity or a piezoelectric element to hold and release nanomaterials.
【００１４】本発明者等は、ナノピンセット把持部にナ
ノ物質を把持させる前及び把持させた後において、ナノ
チューブの共振周波数が変化し、この変化量からナノ物
質の質量を測定できるのではないかと想到するに到っ
た。The inventors of the present invention have argued that the resonance frequency of the nanotube changes before and after the nano material is gripped by the nano-tweezer holding portion, and that the mass of the nano material can be measured from the change. I arrived.
【００１５】Ｈ原子１個の質量は１．６×１０-24ｇで
あり、重いＢｉ原子１個の質量は３．３×１０-22ｇで
ある。ナノ物質はこれらの原子が１０００個〜１０００
０００個程度集合した物質であると考えると、ナノ物質
の質量は１０−２１ｇ〜１０−１６ｇ程度であると考え
られる。The mass of one H atom is 1.6 × 10 −24 g, and the mass of one heavy Bi atom is 3.3 × 10 −22 g. Nanomaterials have 1000 to 1000 of these atoms.
Considering that the material is a group of about 000, it is considered that the mass of the nanomaterial is about 10-21 g to about 10-16 g.
【００１６】これに対し、ナノチューブの典型例とし
て、カーボンナノチューブの１本の質量を考察してみ
る。カーボンナノチューブは中空であるが、中実のグラ
ファイト棒と仮定すると、直径２０ｎｍで長さ１μｍの
カーボンナノチューブの質量は、ｍ＝ρＡＬ＝２．３
（ｇ／ｃｍ3）×π×１０2（１０-18ｍ2）×１０
-6（ｍ）＝７．２×１０-16ｇである。On the other hand, consider the mass of one carbon nanotube as a typical example of a nanotube. Although the carbon nanotube is hollow, assuming a solid graphite rod, the mass of a carbon nanotube having a diameter of 20 nm and a length of 1 μm is m = ρAL = 2.3.
(G / cm 3 ) × π × 10 2 (10 −18 m 2 ) × 10
−6 (m) = 7.2 × 10 −16 g.
【００１７】実際のカーボンナノチューブは中空であ
り、直径も更に小さくできるとすると、１本のカーボン
ナノチューブの質量は、１０-16ｇ〜１０-17ｇであると
考えられる。これに対し、ナノ物質の質量は１０-21ｇ
〜１０-16ｇであるから、ナノ物質をカーボンナノチュ
ーブに把持させたとき、その共振振動数は有意に変化す
るはずである。従って、その変化量からナノ物質の質量
を逆算できることが考えられる。If the actual carbon nanotube is hollow and the diameter can be further reduced, the mass of one carbon nanotube is considered to be 10 -16 g to 10 -17 g. In contrast, the mass of the nanomaterial is 10 -21 g
Since the weight is 10 -16 g, the resonance frequency should be significantly changed when the nano material is gripped by the carbon nanotube. Therefore, it is considered that the mass of the nanomaterial can be calculated backward from the change amount.
【００１８】そこで、共振振動数を測定するためのモデ
ルを考察するために、本発明者等が開発したナノピンセ
ットの本体を壁体と考え、ナノチューブ先端部はこの壁
体から突出した片持ばりであると考える。この片持ばり
の固有振動数、つまり共振振動数を次ぎに考察する。Therefore, in order to consider a model for measuring the resonance frequency, the body of the nanotweezers developed by the present inventors is considered as a wall, and the tip of the nanotube is a cantilever projecting from the wall. I believe that. The natural frequency of the cantilever, that is, the resonance frequency, will be considered next.
【００１９】図１は、本発明の原理となる片持ばりの固
有振動を示すモデル図である。壁体Ｗから体積密度ρ、
断面積Ａ、長さＬの片持ばり１が突出している。この片
持ばり１が曲げ振動を起こしたとき、ニュートンの運動
方程式を解くと、ｎ＝１の固有振動数ｆ0はｆ0＝（１／
２π）（１．８７５／Ｌ）2（ＥＩ／ρＡ）1/2で与えら
れることが分かる。ここで、Ｅは材料の縦弾性係数、Ｉ
は断面二次モーメントである。FIG. 1 is a model diagram showing the natural vibration of a cantilever beam which is the principle of the present invention. From the wall W, the volume density ρ,
A cantilever 1 having a sectional area A and a length L protrudes. When the cantilever 1 causes bending vibration, solving the Newton's equation of motion gives a natural frequency f 0 of n = 1 as f 0 = (1 /
2π) (1.875 / L) 2 (EI / ρA) 1/2 . Where E is the longitudinal modulus of the material, I
Is the second moment of area.
【００２０】図２は、本発明の原理となる質点を担持し
た片持ばりの固有振動を示すモデル図である。片持ばり
１の先端に質量ｍの質点１ａが担持されている。この片
持ばり１が曲げ振動を起こしたとき、その固有振動数ｆ
mをレイリーの方法を用いて解くと、ｆm＝（１／２π）
（１．８７５／Ｌ）2（０．２４６／（０．２２７＋
μ））1/2（ＥＩ／ρＡ）1/2で与えられることが分か
る。ここで、μ＝ｍ／ρＡＬである。FIG. 2 is a model diagram showing the natural vibration of a cantilever carrying a mass, which is the principle of the present invention. At the tip of the cantilever 1, a mass point 1a having a mass m is carried. When the cantilever 1 causes bending vibration, its natural frequency f
When the m solved using Rayleigh method, f m = (1 / 2π )
(1.875 / L) 2 (0.246 / (0.227+
μ)) 1/2 (EI / ρA) 1/2 . Here, μ = m / ρAL.
【００２１】従って、これらの固有振動数の比率は、ｆ
m／ｆ0＝（０．２４６／（０．２２７＋μ））1/2で与
えられる。この式から、ｍ＝｛０．２４６（ｆ0／ｆm）
2−０．２２７｝ρＡＬとなり、固有振動数ｆ0、ｆmと
カーボンナノチューブの質量ρＡＬからナノ物質の質量
ｍが導出できる。Therefore, the ratio of these natural frequencies is f
m / f 0 = (0.246 / (0.227 + μ)) 1/2 From this equation, m = ｛0.246 (f 0 / f m )
2 -0.227} ρAL next, natural frequency f 0, f m and the mass m of the nanomaterials from the carbon nanotube mass RoAL can be derived.
【００２２】この式を更に簡単化する。係数０．２４６
と０．２２７を０．２４で近似し、ｆm＝ｆ0−Δｆと置
くと、２次以上の微小項を無視して、ｍ＝０．４８(Δ
ｆ／ｆ0)ρＡＬとなる。前述したように、ρＡＬ＝１０
-16ｇ〜１０-17ｇであり、Δｆ／ｆ0として１０-3のオ
ーダーまで測定できるとすると、ｍ＝１０-19ｇ〜１０
-20ｇまで計測できることが分かった。This equation is further simplified. Coefficient 0.246
And 0.227 are approximated by 0.24, and fm= F0-Δf
More specifically, ignoring second-order or higher minute terms, m = 0.48 (Δ
f / f0) ρAL. As described above, ρAL = 10
-16g to 10-17g, Δf / f0As 10-3No
M = 10-19g to 10
-20It turned out that it can measure to g.
【００２３】ナノ物質の質量は、前述したように、１０
-21ｇ〜１０-16ｇと予想できるから、上記の測定限界
（１０-20ｇ）にほぼ含まれており、本発明方法によっ
てナノ物質の質量を測定できることが十分に示された。
Δｆ／ｆ0として１０-4のオーダーまで測定できるとす
れば、ρＡＬの測定限界は１０-21ｇとなり、ナノ物質
の質量の予想範囲を全て測定可能範囲内に含むことにな
る。As described above, the mass of the nanomaterial is 10
Since it can be expected to be -21 g to 10 -16 g, it is almost included in the above-mentioned measurement limit (10 -20 g), and it is sufficiently demonstrated that the mass of the nanomaterial can be measured by the method of the present invention.
Assuming that Δf / f 0 can be measured up to the order of 10 −4 , the measurement limit of ρAL is 10 −21 g, and the entire expected range of the mass of the nanomaterial is included in the measurable range.
【００２４】図３はナノピンセットの概略図である。ナ
ノピンセット１１は、本体３に電極４ａ、４ｂを形成
し、各電極にナノチューブ５ａ、５ｂの基端部を固着さ
せて構成されている。ナノチューブ５ａ、５ｂの先端部
で把持部１１ａが形成される。FIG. 3 is a schematic view of a nanotweezer. The nanotweezers 11 are configured by forming electrodes 4a and 4b on the main body 3 and fixing the base ends of the nanotubes 5a and 5b to each electrode. A grip 11a is formed at the tip of each of the nanotubes 5a and 5b.
【００２５】図４はナノ物質を把持したナノピンセット
の概略図である。電極４ａ、４ｂの間にスイッチＳＷ１
を介して直流電源Ｅが接続されている。この直流電源Ｅ
によりナノチューブ５ａ、５ｂに正負の静電気が誘導さ
れ、静電引力によってナノチューブ５ａ、５ｂの先端、
即ち把持部１１ａが閉じ、ナノ物質２を把持する。FIG. 4 is a schematic view of a nanotweezer holding a nanomaterial. Switch SW1 between electrodes 4a and 4b
Is connected to the DC power source E via the. This DC power supply E
, Positive and negative static electricity is induced in the nanotubes 5a, 5b, and the tips of the nanotubes 5a, 5b,
That is, the gripper 11a is closed, and the nanomaterial 2 is gripped.
【００２６】カーボンナノチューブは導電性ナノチュー
ブであり、このような導電性ナノチューブにより把持部
１１ａを構成する場合には、静電引力により絶縁性や半
導体性のナノ物質２を把持することは容易である。しか
し、導電性のナノ物質２を把持するときには、把持部１
１ａの先端がナノ物質２を介して導通し、静電引力が低
下することがある。The carbon nanotube is a conductive nanotube. When the gripping portion 11a is formed by such a conductive nanotube, it is easy to hold the insulating or semiconductive nanomaterial 2 by electrostatic attraction. . However, when gripping the conductive nanomaterial 2, the gripper 1
In some cases, the tip of 1a conducts through the nanomaterial 2, and the electrostatic attraction decreases.
【００２７】しかし、カーボンナノチューブなどの導電
性ナノチューブの表面を絶縁膜でコーティングしてナノ
チューブ５ａ、５ｂとして用いれば、ナノ物質の導電性
や絶縁性に拘わらず、広範囲の電気的性質を有したナノ
物質２を把持することができる。However, if the surface of a conductive nanotube such as a carbon nanotube is coated with an insulating film and used as the nanotubes 5a and 5b, a nanomaterial having a wide range of electrical properties can be obtained regardless of the conductivity or insulating property of the nanomaterial. The substance 2 can be gripped.
【００２８】図５は、ナノ物質を把持したナノピンセッ
トを交流静電誘導により共振させる第１実施形態の構成
図である。把持部１１ａに接近させて外部電極６を配置
し、外部電極６とナノピンセット１１の間にスイッチＳ
Ｗ２を介して交流電源Ｖを取り付ける。この交流電源Ｖ
により交流電圧を印加すると、把持部１１ａと外部電極
６の間に交流静電誘導が生起して、把持部１１ａが強制
振動される。FIG. 5 is a configuration diagram of a first embodiment in which nanotweezers holding a nanomaterial are resonated by AC electrostatic induction. The external electrode 6 is arranged close to the grip 11a, and a switch S is provided between the external electrode 6 and the nanotweezers 11.
An AC power supply V is attached via W2. This AC power supply V
When an AC voltage is applied, AC electrostatic induction occurs between the grip 11a and the external electrode 6, and the grip 11a is forcibly vibrated.
【００２９】図６はナノピンセットを共振させるために
印加される交流電圧の概略波形図である。交流電圧Ｖ
（ｔ）は、Ｖ（ｔ）＝Ｖ0ｓｉｎ（２πｆｔ）で与えら
れ、振動数ｆの交流電圧が外部電極６から印加される。FIG. 6 is a schematic waveform diagram of an AC voltage applied to resonate the nanotweezers. AC voltage V
(T) is given by V (t) = V 0 sin (2πft), and an AC voltage having a frequency f is applied from the external electrode 6.
【００３０】図７は交流静電誘導によりナノピンセット
に作用する力の概略波形図である。外部電極６に正電荷
が誘導されると、把持部１１ａには負電荷が誘導され、
また外部電極６に負電荷が誘導されると、把持部１１ａ
には正電荷が誘導される。つまり、交流電圧の１周期の
間に把持部１１ａに作用する静電引力は２回生起するか
ら、交流静電引力Ｆ（ｔ）の振動数は２ｆとなる。従っ
て、ナノピンセット把持部１１ａは振動数２ｆで振動す
る。FIG. 7 is a schematic waveform diagram of a force acting on nanotweezers by AC electrostatic induction. When a positive charge is induced in the external electrode 6, a negative charge is induced in the grip 11a,
When a negative charge is induced in the external electrode 6, the gripper 11a
, A positive charge is induced. That is, since the electrostatic attraction acting on the grip portion 11a occurs twice during one cycle of the AC voltage, the frequency of the AC electrostatic attraction F (t) is 2f. Therefore, the nanotweezer holding portion 11a vibrates at a frequency of 2f.
【００３１】図８はナノピンセット把持部の振幅と振動
数の関係を示す共振図である。ナノピンセット１１に印
加する交流電圧の振動数を次第に増大させてゆくと、把
持部１１ａが振幅Ａで強制振動し始め、振動数ｆmで振
幅Ａが最大に達したとき、共振状態にあると考えられ
る。つまり、交流電圧により印加される振動数２ｆが把
持部の１１ａの固有振動数と一致したときに強制振動が
最大に達する。この共振状態は電子顕微鏡の中で確認で
きるが、交流静電誘導における電流の位相変化を観察し
て確認することもできる。FIG. 8 is a resonance diagram showing the relationship between the amplitude and the frequency of the nanotweezer grip. When the frequency of the AC voltage applied to the nanotweezers 11 Yuku gradually increased, the grip portion 11a starts to forced vibration amplitude A, when the amplitude A reaches the maximum at a frequency f m, to be in resonant state Conceivable. That is, the forced vibration reaches the maximum when the frequency 2f applied by the AC voltage matches the natural frequency of the gripper 11a. Although this resonance state can be confirmed by an electron microscope, it can also be confirmed by observing a phase change of a current in AC electrostatic induction.
【００３２】従って、ナノピンセット１１が共振状態に
あるとき、交流電圧の振動数の２倍が把持部１１ａの固
有振動数ｆｍに一致することになる。このようにして、
ナノ物質２を把持しない状態の固有振動数ｆ0と、ナノ
物質２を把持したときの固有振動数ｆmを測定する。Therefore, when the nanotweezers 11 is in a resonance state, twice the frequency of the AC voltage coincides with the natural frequency fm of the gripper 11a. In this way,
The natural frequency f 0 when the nano substance 2 is not gripped and the natural frequency f m when the nano substance 2 is gripped are measured.
【００３３】固有振動数ｆ0とｆmが測定されると、ｍ＝
｛０．２４６（ｆ0／ｆm）２−０．２２７｝ρＡＬの
式、又はｍ＝０．４８(Δｆ／ｆ０)ρＡＬ＝０．４８
(（ｆ0−ｆm）／ｆ0)ρＡＬの式から、ナノ物質２の質
量ｍが導出できる。ここで、ρＡＬは把持部１１ａの質
量である。[0033] When the natural frequency f 0 and f m are measured, m =
{0.246 (f 0 / f m ) 2 −0.227} Expression of ρAL, or m = 0.48 (Δf / f0) ρAL = 0.48
From the equation ((f 0 −f m ) / f 0 ) ρAL, the mass m of the nanomaterial 2 can be derived. Here, ρAL is the mass of the gripper 11a.
【００３４】図９はナノ物質を把持したナノピンセット
を圧電素子により共振させる第２実施形態の構成図であ
る。電極４ｂに圧電素子７が皮膜状に形成され、この圧
電素子７の両端に交流電圧を印加できるように、端子７
ａ、７ｂを介して交流電源Ｖが接続されている。FIG. 9 is a configuration diagram of a second embodiment in which nano tweezers holding a nano substance are resonated by a piezoelectric element. A piezoelectric element 7 is formed on the electrode 4b in the form of a film, and a terminal 7 is provided so that an AC voltage can be applied to both ends of the piezoelectric element 7.
AC power supply V is connected via a and 7b.
【００３５】圧電素子７に交流電圧Ｖ（ｔ）を印加する
と、圧電素子７はその振動数ｆに従って伸縮振動し、把
持部１１ａを振動数ｆで強制振動させる。この振動数ｆ
が前述した固有振動数ｆ0、ｆmに一致したときに把持部
１１ａは最大振幅で共振する。この共振状態の交流振動
数を読み取ることにより、前記固有振動数ｆ0又はｆmを
計測することができる。When an AC voltage V (t) is applied to the piezoelectric element 7, the piezoelectric element 7 expands and contracts according to its frequency f, and forcibly vibrates the gripper 11a at the frequency f. This frequency f
There gripping portion 11a when they match a natural frequency f 0, f m described above resonates at maximum amplitude. By reading the AC frequency of the resonant state, it is possible to measure the natural frequency f 0 or f m.
【００３６】圧電素子７により把持部１１ａを機械的に
共振させる場合には、ナノチューブの材質は特に関係し
ない。従って、ナノチューブの物性が導電性、半導体
性、絶縁性の何れであっても把持部１１ａを共振させる
ことが可能である。この理由は、静電引力を用いないた
め、電気的な短絡が生じないからである。従って、ナノ
チューブとしてはカーボンナノチューブのような導電性
ナノチューブのみならず、ＢＮ系ナノチューブやＢＣＮ
系ナノチューブのような絶縁性ナノチューブも使用する
ことができる。When the holding portion 11a is caused to resonate mechanically by the piezoelectric element 7, the material of the nanotube is not particularly concerned. Therefore, it is possible to resonate the holding portion 11a regardless of whether the physical properties of the nanotube are conductive, semiconductive, or insulating. The reason for this is that no electrical short circuit occurs because no electrostatic attraction is used. Therefore, the nanotubes include not only conductive nanotubes such as carbon nanotubes, but also BN-based nanotubes and BCNs.
Insulating nanotubes such as based nanotubes can also be used.
【００３７】また、ナノピンセット把持部１１ａの開閉
機構として静電開閉機構以外に、圧電膜による開閉機構
を用いることもできる。ナノチューブ５ａ、５ｂに圧電
膜を被膜形成し、この圧電膜に電圧を印加してナノチュ
ーブ５ａ、５ｂを伸縮させることによりナノチューブ５
ａ５ｂが屈伸し、この結果ナノピンセット把持部１１ａ
が開閉制御される。この場合には、固有振動数の計測に
は図５の交流静電誘導や図９の圧電素子による機械的振
動の両者を使用できる。As an opening / closing mechanism of the nanotweezers holding portion 11a, an opening / closing mechanism using a piezoelectric film can be used in addition to an electrostatic opening / closing mechanism. A piezoelectric film is formed on the nanotubes 5a and 5b, and a voltage is applied to the piezoelectric film to expand and contract the nanotubes 5a and 5b.
a5b bends and stretches, and as a result, the nanotweezer grip 11a
Is controlled to open and close. In this case, the measurement of the natural frequency can use both the AC electrostatic induction of FIG. 5 and the mechanical vibration by the piezoelectric element of FIG.
【００３８】図１０は３本のナノチューブを用いたナノ
ピンセットを圧電素子で共振させる第３実施形態の構成
図である。この実施形態では、ＡＦＭ用のカンチレバー
を用いてナノピンセット１１を構成している。ここでＡ
ＦＭとは原子間力顕微鏡のことであるFIG. 10 is a configuration diagram of a third embodiment in which nanotweezers using three nanotubes are resonated by a piezoelectric element. In this embodiment, the nanotweezers 11 are configured using an AFM cantilever. Where A
FM is an atomic force microscope
【００３９】カンチレバーにはリード電極１２、１３、
１４が形成され、その先端にナノチューブ８、９、１０
の基端部を接触させ、その上をコーティング膜１２ｂ、
１３ｂ、１４ｂで固定することによってナノピンセット
１１が形成されている。The cantilever has lead electrodes 12, 13,
14 are formed, and the nanotubes 8, 9, 10 are formed at the tips.
, And the coating film 12b thereon is contacted.
The nanotweezers 11 are formed by fixing with the 13b and 14b.
【００４０】リード電極１２、１３、１４の後端にある
端子１２ａ、１３ａ、１４ａにスイッチＳＷ１と直流電
源Ｅを接続し、直流電源Ｅの負極をアースＥＡに接続し
ている。この直流電源Ｅによりナノチューブ先端８ａは
正に帯電し、ナノチューブ先端９ａ、１０ａは負に帯電
する。The switch SW1 and the DC power source E are connected to terminals 12a, 13a and 14a at the rear ends of the lead electrodes 12, 13, and 14, and the negative electrode of the DC power source E is connected to the ground EA. The DC power source E charges the nanotube tip 8a positively and the nanotube tips 9a and 10a negatively charge.
【００４１】把持部１１ａはナノチューブ先端８ａ、９
ａ、１０ａの３本で構成されるから、どのような形状の
ナノ物質２でも確実に把持することができる。スイッチ
ＳＷ１の開閉により、把持部１１ａを開閉することによ
りナノ物質２の把持と放出を操作できる。The gripper 11a is connected to the tips 8a, 9 of the nanotubes.
a, the nanomaterial 2 can be reliably held in any shape. By opening and closing the switch SW1, the gripping and releasing of the nanomaterial 2 can be operated by opening and closing the gripping portion 11a.
【００４２】コーティング膜１３ｂの近傍に圧電物質を
膜状に形成した圧電素子７が形成されており、その両端
にある端子７ａ、７ｂにスイッチＳＷ２を介して交流電
源Ｖが接続されている。この交流電源Ｖを印加すると、
圧電素子７が伸縮振動して把持部１１ａを強制振動させ
る。把持部１１ａの共振状態は電子顕微鏡の中で観察で
きる。A piezoelectric element 7 formed of a piezoelectric material in the form of a film is formed near the coating film 13b, and an AC power supply V is connected to terminals 7a and 7b at both ends thereof via a switch SW2. When this AC power supply V is applied,
The piezoelectric element 7 expands and contracts to vibrate the grip 11a. The resonance state of the grip 11a can be observed with an electron microscope.
【００４３】ナノ物質２を把持しない場合と把持した場
合における共振振動数が、それぞれの場合の固有振動数
ｆ0、ｆmを与えるから、この振動数からナノ物質２の質
量を前述した式を通して導出する。The resonance frequency in the case of gripping with the absence of gripping nanomaterials 2, since give the natural frequency f 0, f m in each case, through the equation described above the mass of nanomaterials 2 from the frequency Derive.
【００４４】図１１はＡＦＭ操作も可能なナノピンセッ
トを圧電素子で共振させる第４実施形態の構成図であ
る。ナノチューブ２８、２９の２本でナノピンセット把
持部１１ａを形成するが、ナノチューブ２８の方がナノ
チューブ２９より下方に突出しており、ナノチューブ２
８の先端２８ｃでＡＦＭ操作を行う。ナノチューブ先端
部２８ａをナノチューブ先端部２９ａより長く設定する
操作は電子顕微鏡の中で確認しながら行われる。FIG. 11 is a block diagram of a fourth embodiment in which nanotweezers capable of AFM operation are resonated by a piezoelectric element. Nanotube tweezers holding portion 11a is formed by two of the nanotubes 28 and 29, and the nanotube 28 protrudes below the nanotube 29.
The AFM operation is performed at the tip 28c of No. 8. The operation of setting the nanotube tip portion 28a to be longer than the nanotube tip portion 29a is performed while confirming with an electron microscope.
【００４５】ナノチューブ２８、２９の基端部２８ｂ、
２９ｂにはナノチューブリード線２０、２０が接続さ
れ、それらの上面はコーティング膜２１、２１により本
体２６に固定されている。また、本体２６には圧電素子
７が膜状に形成され、両端の端子７ａ、７ｂに交流電圧
が印加される。The base ends 28b of the nanotubes 28, 29,
Nanotube leads 20 are connected to 29b, and the upper surfaces thereof are fixed to the main body 26 by coating films 21, 21. The piezoelectric element 7 is formed in a film shape on the main body 26, and an AC voltage is applied to terminals 7a and 7b at both ends.
【００４６】図１２は、ナノ物質の質量を計測しながら
ナノ構造物を構築するナノマニピュレータ装置の作動説
明図である。図１１に示されるナノピンセット１１がカ
ンチレバー２５を利用して構成されており、ナノチュー
ブリード線２０は電極２３を介してスイッチＳＷ１及び
直流電源Ｅ及び直流電圧制御回路ＥＣに接続される。直
流電圧を可変してナノチューブ２８、２９を開閉制御し
ている。FIG. 12 is an operation explanatory view of a nanomanipulator device for constructing a nanostructure while measuring the mass of the nanomaterial. The nanotweezer 11 shown in FIG. 11 is configured using a cantilever 25, and the nanotube lead wire 20 is connected to a switch SW1, a DC power supply E, and a DC voltage control circuit EC via an electrode 23. The opening and closing of the nanotubes 28 and 29 is controlled by varying the DC voltage.
【００４７】圧電素子７の端子７ａ、７ｂにはスイッチ
ＳＷ２及び交流電源Ｖが接続されている。まず、ナノチ
ューブ先端２８ｃを探針として試料表面２４を走査しな
がらナノ物質２６の集積場所を探索する。ナノ物質２６
の場所が分かると、ナノチューブ先端部２８ａ、２９ａ
の間にナノ物質２６を位置させ、スイッチＳＷ１をオン
して把持部１１ａを閉じ、ナノ物質２６を固く保持す
る。A switch SW2 and an AC power supply V are connected to the terminals 7a and 7b of the piezoelectric element 7. First, an accumulation place of the nanomaterial 26 is searched while scanning the sample surface 24 using the nanotube tip 28c as a probe. Nano substance 26
Are known, the tip portions 28a, 29a of the nanotubes
, The switch SW1 is turned on to close the gripper 11a, and the nano material 26 is firmly held.
【００４８】次ぎに、スイッチＳＷ２をオンして交流電
源Ｖにより把持部１１ａを共振させ、ナノ物質２６の質
量を計測してナノ物質２６の種類を同定する。その後、
ナノチューブ先端２８ｃにより試料表面２４をＡＦＭ走
査してナノ構造物２７の位置に移動する。ナノ構造物２
７の必要位置をＡＦＭ走査で探索し、その位置に移動し
た後、スイッチＳＷ１をオフしてナノ物質２６を放出す
る。この操作を繰り返しながら、ナノ構造物２７を組み
立ててゆく。Next, the switch SW2 is turned on, the gripping portion 11a is resonated by the AC power supply V, and the mass of the nano material 26 is measured to identify the type of the nano material 26. afterwards,
The sample surface 24 is AFM-scanned by the nanotube tip 28 c and moved to the position of the nanostructure 27. Nanostructure 2
After searching for the required position 7 by AFM scanning and moving to that position, the switch SW1 is turned off to release the nanomaterial 26. By repeating this operation, the nanostructure 27 is assembled.
【００４９】本発明は上記実施形態に限定されるもので
はなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における
種々の変形例、設計変更などをその技術的範囲内に包含
することは云うまでもない。The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various modifications and design changes within the technical scope of the present invention are included in the technical scope. Absent.
【００５０】請求項１の発明によれば、ナノ物質を把持
したナノピンセット把持部の固有振動数ｆmを共振現象
を利用して計測し、無把持の固有振動数ｆ0と対比計算
するだけでナノ物質の質量を計測できるから、極めて簡
単な構成で１０-20ｇ程度までのナノ物質の質量を迅速
に導出できる。従って、半導体や分子生物学その他のナ
ノ物質を扱う研究分野や製造技術分野に画期的なナノ物
質計測手法を与えることができる。[0050] According to the present invention, only the natural frequency f m of the nanotweezers gripping portion gripping the nano material was measured by using a resonance phenomenon, comparing calculated natural frequency f 0 of the free gripping Since the mass of the nanomaterial can be measured by using the above method, the mass of the nanomaterial up to about 10 −20 g can be quickly derived with an extremely simple configuration. Therefore, an innovative nanomaterial measurement technique can be provided to the research field and the manufacturing technology field dealing with semiconductors, molecular biology, and other nanomaterials.
【００５１】請求項２の発明によれば、ナノピンセット
把持部を複数本のナノチューブの先端部によって構成す
るから、ナノチューブの各々を自在に制御できるから、
効率的なナノ物質の質量計測方法を提供できる。According to the second aspect of the present invention, since the nanotweezer holding portion is constituted by the tips of a plurality of nanotubes, each of the nanotubes can be controlled freely.
An efficient method for measuring the mass of a nanomaterial can be provided.
【００５２】請求項３の発明によれば、ナノピンセット
把持部に外部電極を接近させ、両者間に交流電圧を印加
し、交流静電誘導により共振させるだけで固有振動数ｆ
0、ｆmを計測できるから、極めて単純な構成で種々の形
態のナノピンセットに対応でき、活用性の高いナノ物質
の質量計測方法を提供できる。According to the third aspect of the present invention, the natural frequency f can be obtained by simply bringing the external electrode close to the nanotweezer grip, applying an AC voltage between the two, and causing resonance by AC electrostatic induction.
Because can be measured 0, f m, can accommodate nanotweezers various forms in a very simple structure can provide a mass measurement method with high usability nanomaterials.
【００５３】請求項４の発明によれば、ナノピンセット
本体に圧電素子を形成し、この圧電素子に交流電圧を印
加するだけでナノピンセット把持部を共振させることが
できるから、導電性、半導体性、絶縁性の全ての物性を
有したナノ物質の質量計測を実現できる質量計測方法を
提供できる。According to the fourth aspect of the present invention, the piezoelectric element is formed on the nanotweezer main body, and the nanotweezer holding portion can be resonated only by applying an AC voltage to the piezoelectric element. In addition, it is possible to provide a mass measurement method capable of realizing mass measurement of a nanomaterial having all physical properties of insulation.
【００５４】請求項５の発明によれば、ナノピンセット
把持部と、外部電極と、交流電源という極めて簡単な構
成で、交流静電誘導による共振現象をとおしてナノ物質
の質量を迅速に計測できる装置を提供できる。According to the fifth aspect of the present invention, the mass of the nanomaterial can be quickly measured through a resonance phenomenon caused by AC electrostatic induction with a very simple configuration of the nanotweezer grip, the external electrode, and the AC power supply. Equipment can be provided.
【００５５】請求項６の発明によれば、ナノピンセット
把持部と、圧電素子と、交流電源という極めて単純な構
成で、圧電素子による機械的共振現象を通してナノ物質
の質量を迅速正確に計測できる装置を提供できる。According to the sixth aspect of the present invention, an apparatus capable of quickly and accurately measuring the mass of a nanomaterial through a mechanical resonance phenomenon caused by a piezoelectric element with a very simple configuration including a nanotweezer grip, a piezoelectric element, and an AC power supply. Can be provided.
【図1】本発明の原理となる片持ばりの固有振動を示す
モデル図である。FIG. 1 is a model diagram showing a natural vibration of a cantilever beam which is a principle of the present invention.
【図２】本発明の原理となる質点を担持した片持ばりの
固有振動を示すモデル図である。FIG. 2 is a model diagram showing a natural vibration of a cantilever beam carrying a mass point, which is a principle of the present invention.
【図３】ナノピンセットの概略図である。FIG. 3 is a schematic view of a nanotweezer.
【図４】ナノ物質を把持したナノピンセットの概略図で
ある。FIG. 4 is a schematic view of a nanotweezer holding a nanomaterial.
【図５】ナノ物質を把持したナノピンセットを交流静電
誘導により共振させる第１実施形態の構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram of a first embodiment in which nanotweezers holding a nanomaterial are resonated by AC electrostatic induction.
【図６】ナノピンセットを共振させるために印加された
交流電圧の概略波形図である。FIG. 6 is a schematic waveform diagram of an AC voltage applied to resonate the nanotweezers.
【図７】交流静電誘導によりナノピンセットに作用する
力の概略波形図である。FIG. 7 is a schematic waveform diagram of a force acting on nanotweezers by AC electrostatic induction.
【図８】ナノピンセット把持部の振幅と振動数の関係を
示す共振図である。FIG. 8 is a resonance diagram showing the relationship between the amplitude and the frequency of the nanotweezer grip.
【図９】ナノ物質を把持したナノピンセットを圧電素子
により共振させる第２実施形態の構成図である。FIG. 9 is a configuration diagram of a second embodiment in which nano tweezers holding a nano substance are resonated by a piezoelectric element.
【図１０】３本のナノチューブを用いたナノピンセット
を圧電素子で共振させる第３実施形態の構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram of a third embodiment in which nanotweezers using three nanotubes are resonated by a piezoelectric element.
【図１１】ＡＦＭ操作も可能なナノピンセットを圧電素
子で共振させる第４実施形態の構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram of a fourth embodiment in which nanotweezers capable of performing an AFM operation are resonated by a piezoelectric element.
【図１２】ナノ物質の質量を計測しながらナノ構造物を
構築するナノマニピュレータ装置の作動説明図である。FIG. 12 is an operation explanatory diagram of a nanomanipulator device that constructs a nanostructure while measuring the mass of the nanomaterial.
１は片持ばり、１ａは質点、２はナノ物質、３は本体、
４ａ・４ｂは電極、５ａ・５ｂはナノチューブ、６は外
部電極、７は圧電素子、７ａ・７ｂは端子、８・９・１
０はナノチューブ、８ａ・９ａ・１０ａはナノチューブ
先端部、１１はナノピンセット、１１ａはナノピンセッ
ト把持部、１２・１３・１４はリード電極、１２ｂ・１
３ｂ・１４ｂはコーティング膜、２０はナノチューブリ
ード線、２１はコーティング膜、２３は電極、２３はカ
ンチレバー、２４は試料表面、２６はナノ物質、２７は
ナノ構造物、２８・２９はナノチューブ、２８ａ・２９
ａはナノチューブ先端部、２８ｂ・２９ｂはナノチュー
ブ基端部、２８ｃはナノチューブ先端、Ａは断面積、Ｌ
は長さ、ρは体積密度、Ｅは直流電源、ＳＷ１はスイッ
チ、ＳＷ２はスイッチ、ＥＡはアース、Ｖは交流電源、
ＥＣは直流電圧制御回路、ｆ0は無把持の固有振動数、
ｆmは把持状態の固有振動数。1 is a cantilever, 1a is a mass point, 2 is a nano material, 3 is a body,
4a and 4b are electrodes, 5a and 5b are nanotubes, 6 is an external electrode, 7 is a piezoelectric element, 7a and 7b are terminals, and 89.1
0 is a nanotube, 8a, 9a and 10a are nanotube tips, 11 is nanotweezers, 11a is a nanotweezer grip, 12, 13 and 14 are lead electrodes, 12b and 1
3b and 14b are coating films, 20 is a nanotube lead wire, 21 is a coating film, 23 is an electrode, 23 is a cantilever, 24 is a sample surface, 26 is a nanomaterial, 27 is a nanostructure, 28 and 29 are nanotubes, 28a and 29
a is the tip of the nanotube, 28b and 29b are the tip of the nanotube, 28c is the tip of the nanotube, A is the cross-sectional area, L
Is a length, ρ is a volume density, E is a DC power supply, SW1 is a switch, SW2 is a switch, EA is ground, V is an AC power supply,
EC is a DC voltage control circuit, f 0 is a non-grip natural frequency,
f m is the natural frequency of the gripping state.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原田 昭雄 大阪府大阪市城東区放出西２丁目７番19号 大研化学工業株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Akio Harada 2-7-19-1 Nishi Nishi, Joto-ku, Osaka-shi, Osaka Daiken Chemical Industry Co., Ltd.
Claims (6)
出することができるナノピンセットを用い、このナノピ
ンセット把持部でナノ物質を把持し、この把持状態のナ
ノピンセット把持部を共振させてその固有振動数ｆmを
計測し、ナノ物質を把持しない状態のナノピンセット把
持部の固有振動数をｆ0としたとき、両固有振動数を対
比して把持されているナノ物質の質量を導出することを
特徴とするナノ物質の質量計測方法。1. A nano-tweezer capable of holding and releasing a nano-sized nano-material is gripped by the nano-tweezer holding portion, and the nano-tweezer holding portion in this holding state is resonated to resonate. The frequency f m is measured, and when the natural frequency of the nanotweezer gripping portion in a state where the nano material is not gripped is f 0 , the two natural frequencies are compared to derive the mass of the gripped nano material. A method for measuring the mass of nanomaterials, characterized in that:
ノチューブの先端部によって構成されている請求項１に
記載のナノ物質の質量計測方法。2. The method for measuring the mass of nanomaterials according to claim 1, wherein the nanotweezers gripping part is constituted by tips of a plurality of nanotubes.
接近させ、ナノピンセット把持部と外部電極間に交流電
圧を印加し、交流静電誘導によりナノピンセット把持部
を共振させて固有振動数ｆ0、ｆmを計測する請求項１に
記載のナノ物質の質量計測方法。3. An external electrode is brought closer to the nanotweezer grip, an AC voltage is applied between the nanotweezer grip and the external electrode, and the nanotweezer grip is resonated by AC electrostatic induction to cause a natural frequency f 0. , F m is measured.
ノピンセット本体に圧電素子を形成し、この圧電素子に
交流電圧を印加することにより、前記ナノピンセット把
持部を共振させて固有振動数ｆ0、ｆmを計測する請求項
１に記載のナノ物質の質量計測方法。4. A piezoelectric element is formed on a nanotweezer main body having a nanotweezer grip at its tip, and by applying an AC voltage to the piezoelectric element, the nanotweezer grip is resonated to have a natural frequency f 0 , The method for measuring the mass of a nanomaterial according to claim 1, wherein f m is measured.
るナノピンセット本体と、前記ナノチューブの先端部か
らなるナノピンセット把持部と、このナノピンセット把
持部を開閉自在に制御する手段と、このナノピンセット
把持部に接近して配置された外部電極と、ナノピンセッ
ト把持部と外部電極間に共振用の交流電圧を印加する交
流電源から構成されることを特徴とするナノ物質の質量
計測装置。5. A nanotweezer main body for fixing a base end portion of a plurality of nanotubes, a nanotweezer holding portion including a tip portion of the nanotube, a means for controlling the nanotweezer holding portion to be openable and closable, A mass measuring device for nanomaterials, comprising: an external electrode arranged close to a tweezer grip; and an AC power supply for applying an AC voltage for resonance between the nanotweezer grip and the external electrode.
るナノピンセット本体と、前記ナノチューブの先端部か
らなるナノピンセット把持部と、このナノピンセット把
持部を開閉自在に制御する手段と、前記ナノピンセット
に形成された圧電素子と、この圧電素子に共振用の交流
電圧を印加する交流電源から構成されることを特徴とす
るナノ物質の質量計測装置。6. A nano-tweezer body for fixing a base end portion of a plurality of nanotubes, a nano-tweezer holding portion including a tip portion of the nanotube, means for controlling the nano-tweezer holding portion to be openable and closable, and A mass measuring device for nanomaterials, comprising: a piezoelectric element formed in a pair of tweezers; and an AC power supply for applying an AC voltage for resonance to the piezoelectric element.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001158387A JP3764853B2 (en) | 2001-05-28 | 2001-05-28 | Nanomaterial mass measurement method and apparatus |
| US10/155,039 US6668652B2 (en) | 2001-05-28 | 2002-05-24 | Nano-substance mass measurement method and apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001158387A JP3764853B2 (en) | 2001-05-28 | 2001-05-28 | Nanomaterial mass measurement method and apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002350218A true JP2002350218A (en) | 2002-12-04 |
| JP3764853B2 JP3764853B2 (en) | 2006-04-12 |
Family
ID=19002121
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001158387A Expired - Fee Related JP3764853B2 (en) | 2001-05-28 | 2001-05-28 | Nanomaterial mass measurement method and apparatus |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6668652B2 (en) |
| JP (1) | JP3764853B2 (en) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005084582A (en) * | 2003-09-11 | 2005-03-31 | Sii Nanotechnology Inc | Method for removing particle from photomask |
| JP2006255847A (en) * | 2005-03-18 | 2006-09-28 | Kagawa Univ | Nano-tweezer, micro force measuring device having it and method |
| US7331231B2 (en) | 2003-11-12 | 2008-02-19 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Apparatus and method for measuring micro mass using oscillation circuit |
| JP2008298671A (en) * | 2007-06-01 | 2008-12-11 | Sii Nanotechnology Inc | Sample-operating device |
| JP2009002870A (en) * | 2007-06-22 | 2009-01-08 | Aoi Electronics Co Ltd | Afm tweezers, manufacturing method of afm tweezers, and scanning type probe microscope |
| JP2009006471A (en) * | 2007-06-01 | 2009-01-15 | Aoi Electronics Co Ltd | Nano tweezers and gripping method |
| JP2009008671A (en) * | 2007-06-01 | 2009-01-15 | Aoi Electronics Co Ltd | Tweezer-equipped scanning probe microscope and transfer method |
| WO2014046738A1 (en) * | 2012-09-21 | 2014-03-27 | David Lawrence Medin | Detecting mass on a mems biooscillating resonator array |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4047023B2 (en) * | 2002-01-31 | 2008-02-13 | 喜萬 中山 | Diode type nanotweezers and nanomanipulator device using the same |
| JP3969228B2 (en) * | 2002-07-19 | 2007-09-05 | 松下電工株式会社 | Mechanical deformation detection sensor, acceleration sensor using the same, and pressure sensor |
| CA2442234A1 (en) * | 2002-09-29 | 2004-03-29 | D.A.T.A. Diamond Advanced Technology Ltd. | Apparatus for measuring the weight of small items |
| US7735358B2 (en) * | 2003-11-17 | 2010-06-15 | Insitutec, Inc. | Self-sensing tweezer devices and associated methods for micro and nano-scale manipulation and assembly |
| JP3837568B2 (en) * | 2004-01-23 | 2006-10-25 | 国立大学法人 東京大学 | Carbon nanotube manufacturing method and manufacturing apparatus |
| CN100349704C (en) * | 2005-10-20 | 2007-11-21 | 中国科学技术大学 | Electrostatic force driven minisized tri-arm gripping device |
| US8485025B2 (en) * | 2007-12-14 | 2013-07-16 | InSituTec, LLC | Standing wave fibers for the detection of nucleic acids |
| US9857216B2 (en) * | 2014-12-26 | 2018-01-02 | Ricoh Company, Ltd. | Minute object characteristics measuring apparatus |
| GB2566730A (en) | 2017-09-25 | 2019-03-27 | Imperial Innovations Ltd | A dielectrophoretic tweezer |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3926271A (en) * | 1975-02-03 | 1975-12-16 | Rupprecht Georg | Microbalance |
| US4838369A (en) * | 1988-09-02 | 1989-06-13 | Crystal Gage Inc. | Load cell having digital output |
| US5362929A (en) * | 1991-08-29 | 1994-11-08 | Omron Corporation | Weight sensor device |
| EP1390287A2 (en) * | 2001-05-04 | 2004-02-25 | California Institute Of Technology | An apparatus and method for ultrasensitive nanoelectromechanical mass detection |
-
2001
- 2001-05-28 JP JP2001158387A patent/JP3764853B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2002
- 2002-05-24 US US10/155,039 patent/US6668652B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005084582A (en) * | 2003-09-11 | 2005-03-31 | Sii Nanotechnology Inc | Method for removing particle from photomask |
| US7331231B2 (en) | 2003-11-12 | 2008-02-19 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Apparatus and method for measuring micro mass using oscillation circuit |
| JP2006255847A (en) * | 2005-03-18 | 2006-09-28 | Kagawa Univ | Nano-tweezer, micro force measuring device having it and method |
| JP2009008671A (en) * | 2007-06-01 | 2009-01-15 | Aoi Electronics Co Ltd | Tweezer-equipped scanning probe microscope and transfer method |
| JP2009006471A (en) * | 2007-06-01 | 2009-01-15 | Aoi Electronics Co Ltd | Nano tweezers and gripping method |
| JP2008298671A (en) * | 2007-06-01 | 2008-12-11 | Sii Nanotechnology Inc | Sample-operating device |
| JP4708455B2 (en) * | 2007-06-01 | 2011-06-22 | アオイ電子株式会社 | Scanning probe microscope with tweezers and transport method |
| US7987703B2 (en) | 2007-06-01 | 2011-08-02 | Aoi Electronics Co., Ltd. | Tweezer-equipped scanning probe microscope and transfer method |
| JP2009002870A (en) * | 2007-06-22 | 2009-01-08 | Aoi Electronics Co Ltd | Afm tweezers, manufacturing method of afm tweezers, and scanning type probe microscope |
| JP4503633B2 (en) * | 2007-06-22 | 2010-07-14 | アオイ電子株式会社 | AFM tweezers and scanning probe microscope |
| US8028567B2 (en) | 2007-06-22 | 2011-10-04 | Aoi Electronics Co., Ltd. | AFM tweezers, method for producing AFM tweezers, and scanning probe microscope |
| US9354202B2 (en) | 2011-09-21 | 2016-05-31 | David Lawrence Medin | Detecting mass on a MEMS biooscillating resonator array |
| WO2014046738A1 (en) * | 2012-09-21 | 2014-03-27 | David Lawrence Medin | Detecting mass on a mems biooscillating resonator array |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3764853B2 (en) | 2006-04-12 |
| US6668652B2 (en) | 2003-12-30 |
| US20030011389A1 (en) | 2003-01-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3764853B2 (en) | Nanomaterial mass measurement method and apparatus | |
| Akita et al. | Nanotweezers consisting of carbon nanotubes operating in an atomic force microscope | |
| Bai et al. | Dual-mode mechanical resonance of individual ZnO nanobelts | |
| Wang et al. | Measuring physical and mechanical properties of individual carbon nanotubes by in situ TEM | |
| Jespersen et al. | Charge trapping in carbon nanotube loops demonstrated by electrostatic force microscopy | |
| WO2001066460A1 (en) | Nanotweezers and nanomanipulator | |
| EP1619165A2 (en) | Electrostatically driven carbon nanotube gripping apparatus | |
| WO2002016089A2 (en) | Fabrication and application of nano-manipulators with induced growth | |
| JP2004325428A (en) | Signal detecting probe having rod-shaped nanostructure adhering thereto, and manufacturing method thereof | |
| Ke et al. | Nanoelectromechanical systems and modeling | |
| Nakayama et al. | Nanoengineering of carbon nanotubes for nanotools | |
| Demaghsi et al. | Design and simulation of a novel metallic microgripper using vibration to release nano objects actively | |
| US20090009924A1 (en) | Nanoscale grasping device, method for fabricating the same, and method for operating the same | |
| Akita et al. | Manipulation of nanomaterial by carbon nanotube nanotweezers in scanning probe microscope | |
| JP2003225895A (en) | Diode type nano-tweezers, and nano-manipulator device using the same | |
| JP3706523B2 (en) | Nanotweezers and nanomanipulator device using the same | |
| Andzane et al. | An AC-assisted single-nanowire electromechanical switch | |
| Subramanian et al. | Micro and Nanorobotic Assembly Using Dielectrophoresis. | |
| JP2008111735A (en) | Sample operation apparatus | |
| Wang et al. | Implementation of dual-nonlinearity mechanism for bandwidth extension of MEMS multi-modal energy harvester | |
| JP7212907B2 (en) | Electromechanical resonators based on metal chalcogenide nanotubes | |
| Subramanian et al. | Dielectrophoretic micro/nanoassembly with microtweezers and nanoelectrodes | |
| JP2003276766A (en) | Electrically conductive storage container for nanotube product | |
| Wei et al. | Mounting multi-walled carbon nanotubes on probes by dielectrophoresis | |
| Liu et al. | Nanodot deposition and its application with atomic force microscope |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040430 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050926 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051004 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20051205 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060110 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060123 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090127 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100127 Year of fee payment: 4 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |